變頻及伺服應用技術（西門子）（微課版）課程標準

課程名稱：變頻及伺服應用技術課程代碼：02150174課程類型：理實一體化課總學時：64適用專業(yè)：自動化技術與應用課程負責人：郭艷萍機械工程與自動化學院智控教研室（制定時間：2023年5月修訂時間：2023年7月）

編寫：郭艷萍校對：鄭益審核：朱開波課程代碼：02150174課程類型：理實一體化課適用專業(yè)：自動化技術與應用1課程概述課程性質本課程是電氣自動化技術必修的一門專業(yè)核心課程，是在學習了《電機拖動與控制技術》、《電力電子技術》和《PLC應用技術》課程、具備了電氣控制、逆變電路和PLC編程能力的基礎上開設的一門理實一體課程，其功能是對接專業(yè)人才培養(yǎng)目標，面向變頻調速及伺服運動控制崗位以及新職業(yè)“智能制造工程技術人員”工作崗位，通過對變頻器、步進驅動器、伺服驅動器的工作原理、參數設置、運行操作以及運動控制系統(tǒng)設計與選型、編程及調試等內容的學習，培養(yǎng)德技并修，能對調速和伺服設備、生產線進行設計、安裝、調試、運維和管理的能力，為后續(xù)《智能產線控制系統(tǒng)開發(fā)設計》和《工業(yè)控制網絡》等課程學習奠定基礎。課程定位本課程對接的工作崗位是自動控制設備或智能產線的調速及運動控制系統(tǒng)設計、安裝、調試、運維和管理，通過學習，培養(yǎng)學生對變頻及伺服控制技術專業(yè)知識和專業(yè)技能的認識與理解，使學生具備掌握變頻調速、步進和伺服控制系統(tǒng)的基本專業(yè)技能，也是后續(xù)專業(yè)課程、畢業(yè)設計及頂崗實習的重要支撐課程。2課程目標通過本課程的學習，使學生掌握變頻調速、步進和伺服控制應用方面的基本知識和技能，培養(yǎng)學生的質量、標準、安全意識和工匠精神；畢業(yè)后能結合企業(yè)實際應用，勝任自動化類行業(yè)的專業(yè)技術崗位工作，并具有誠實、守信的良好職業(yè)道德；同時也為中、高級電工職業(yè)技能資格證書、電氣助理工程師資格證書的考核起到良好的支撐作用。具體目標如下：（1）素質目標①踐行“勞動光榮、技能寶貴”的社會主義核心價值觀，厚植愛國情懷和民族自豪感。牢固樹立四個自信。②養(yǎng)成誠實守信、愛崗敬業(yè)、團結協(xié)作、吃苦耐勞的職業(yè)精神與創(chuàng)新設計意識和嚴謹求實的科學態(tài)度。③具有質量意識、標準意識、安全意識、環(huán)保意識、創(chuàng)新思維。④培養(yǎng)學生信息查詢、收集與整理的能力，發(fā)現問題和解決問題的能力；⑤培養(yǎng)學生獨立學習、獲取新知識并具有終身學習與專業(yè)發(fā)展能力；⑥培養(yǎng)學生方案設計與評估決策能力，養(yǎng)成良好的交往與溝通表達能力和良好的團隊合作精神。（2）知識目標①掌握變頻器功率模塊、控制單元的接線圖和操作面板的功能；學會使用Startdrive軟件調試變頻器；掌握變頻器常用功能及參數設置；②學會用PLC控制變頻器端子及通信控制的系統(tǒng)構建、硬件接線圖和簡單程序設計；③了解步進電機、伺服電機的結構及工作原理；掌握步進驅動器和伺服驅動器的端子功能及參數設置；學會利用PLC的運動控制功能進行工藝組態(tài)、控制面板調試，掌握運動控制指令并能編寫簡單單軸控制和雙軸控制的PLC程序。④學會利用PLC構建小型伺服控制系統(tǒng)的硬件接線、編程及系統(tǒng)調試。（3）技能目標①能夠查找變頻器及伺服驅動器使用手冊并對變頻器和伺服驅動器進行操作；②能夠使用Satartdrive軟件進行變頻器的參數預置和基本運行操作方式的設置；③能夠使用變頻器和PLC構建簡單控制系統(tǒng)并能夠進行系統(tǒng)的安裝和調試，故障排除；④能夠使用步進和伺服電機構建簡單控制系統(tǒng)并進行安裝、調試、故障排除。3課程實施和建議3.1課程內容和要求本課程是以電氣自動化技術學生的就業(yè)為導向，結合專業(yè)人才培養(yǎng)方案中培養(yǎng)目標、人才規(guī)格要求、中高級電工職業(yè)資格等級標準以及職教本科學生的認知特點等方面的要求，以變頻器、步進驅動器和伺服驅動器使用和設計過程涉及到的專業(yè)知識學習單元為課程主線，以變頻調速及運動控制系統(tǒng)實際崗位職業(yè)能力為依據，以西門子G120變頻器和V90伺服驅動器為平臺，結合典型的工作任務，以“項目引導、任務驅動”的行動導向設計教學過程，以突出課程的職業(yè)性、實踐性和開放性為前提，采用由簡單到復雜、由單軸到雙軸的循序漸進的典型學習工作任務來展現教學內容。同時根據學生的認知特點，結合職業(yè)能力培養(yǎng)的基本規(guī)律，以工作過程為主線，將陳述性知識與過程性知識整和、理論知識與實踐知識整和，科學設計學習型工作任務，以企業(yè)真實化工作任務為載體，由簡單到復雜整合、序化課程內容。課程項目學時分配詳見表1，教學內容要求見表2。項目1變頻器的運行與常用功能81018項目2變頻器與PLC在工程中的典型應用8816項目3步進控制系統(tǒng)的應用6410項目4伺服控制系統(tǒng)的應用101020小計323264素質目標知識目標技能目標教學活動項目任務項目1變頻器的運行與常用功能任務1.1認識變頻器1.厚植愛國精神和民族自豪感。2.培養(yǎng)學生的標準意識和規(guī)范意識。3.能在西門子官網查詢變頻器的使用手冊。4.能使用手冊查詢變頻器的控制單元和功率模塊信息。5.能借助手冊查找問題并解決問題。6.能進行任務的方案設計與評估決策，能對設計內容進行較為全面的比較、概括和闡釋。1.了解三相異步電動機的調速方法。2.了解變頻器的結構。3.掌握變頻調速原理?！铩?.掌握變頻器的控制單元和功率模塊的分類及接線圖?！?.能分析變頻器的工作原理?！铩?.會拆裝變頻器；3.能根據控制要求選擇控制單元和功率模塊的型號?！锝Y合變頻器實物進行講授任務1.2BOP-2操作面板控制變頻器運行1.了解變頻器常用參數的功能。2.掌握變頻器快速調試步驟?！?.能用BOP-2操作面板修改參數。2.能用BOP-2操作面板控制變頻器正反轉運行?！锝處熝菔荆瑢W生模仿訓練任務1.3模擬量給定調節(jié)變頻器的速度1.了解G120變頻器的BICO功能。■2.掌握變頻器輸入輸出端子的功能?！?.學會預定義接口宏的接線及參數設置?！?.能用Startdrive軟件調試變頻器。★2.能對模擬量給定調節(jié)變頻器速度進行安裝與調試。教師引導，布置任務，學生訓練任務1.4電動電位器給定調節(jié)變頻器的速度1.掌握升降速端子功能的接線圖和參數設置。1.學會使用升降速端子功能實現水泵的恒壓供水控制。教師布置任務，學生根據任務進行咨詢、決策、安裝和調試任務1.5固定轉速給定調節(jié)變頻器的速度1.了解G120變頻器多段速控制的兩種方法。2.學會變頻器多段速控制宏命令的接線圖和參數設置。★■3.能進行變頻器多段速控制的參數設置?！?.能使用Startdrive軟件對多段速功能進行軟件調試?！锝處熓痉?，學生模仿項目2變頻器與PLC在工程中的典型應用任務2.1離心機多段速變頻控制1.培養(yǎng)學生嚴謹認真、注重細節(jié)的工匠精神。2.培養(yǎng)學生的節(jié)能意識，踐行綠色發(fā)展觀。3.能讀懂變頻器的使用手冊。4.能借助變頻器手冊的報警代碼和故障代碼解決實際問題。5.能進行任務的方案設計與評估決策，能對設計內容進行較為全面的比較、概括和闡釋。6.培養(yǎng)學生發(fā)現問題和解決問題的能力，并具有終身學習與專業(yè)發(fā)展能力。1.掌握變頻器與PLC的連接方式。2.掌握離心機的硬件電路和軟件編程?！?.學會離心機多段速變頻控制的安裝與調試方法?！铩鼋處熤v授，學生訓練任務2.2驗布機本地/遠程無級調速切換控制1.了解S7-1200PLC模擬量模塊的特點及接線。2.掌握PLC模擬量模塊控制變頻器的程序編寫方法?！?.能完成驗布機硬件電路的安裝并能調試程序。■教師示范，學生模仿訓練任務2.3變頻器的通信1.了解G120變頻器通信接口的特點及接線。2.掌握G120變頻器的報文類型及結構?！铩?.會編寫G120變頻器的通信程序?！?.學會S7-1200PLC與G120變頻器的PROFINET通信系統(tǒng)的構建和調試?！鼋處熤v授、演示，學生模仿訓練項目3步進控制系統(tǒng)的應用任務3.1單軸步進電機的控制1.繼承和發(fā)展馬克思主義的實踐觀；2.遵守職業(yè)規(guī)范，具有良好的專業(yè)精神、職業(yè)精神和工匠精神。3.能讀懂步進驅動器的使用手冊。4.能借助步進驅動器手冊的報警代碼和故障代碼解決實際問題。5.能進行任務的方案設計與評估決策，能對設計內容進行較為全面的比較、概括和闡釋。6.培養(yǎng)學生發(fā)現問題和解決問題的能力，并具有終身學習與專業(yè)發(fā)展能力。1.了解步進電機的工作原理；2.掌握步進驅動器的端子功能；★3.學會設置步進驅動器的工作電流（動態(tài)電流）、細分精度和靜態(tài)電流；4.掌握PLC控制步進電機的硬件接線圖；★5.能夠構建S7-1200PLC的運動控制系統(tǒng)并能組態(tài)運動軸，編寫運動控制程序?！铩?.學會步進電機和步進驅動器的選型；2.能使用軸控制面板調試運動軸；★3.能用PLCOpen標準程序塊編寫單軸步進電機的控制程序并進行調試?！铩鼋處熤v授、示范，學生模仿訓練任務3.2雙軸行走機械手的控制1.掌握PLC控制雙軸步進電機的硬件接線圖；2.能用運動控制指令編寫雙軸步進電機的控制程序?！铩?.能夠構建S7-1200PLC的雙軸運動控制系統(tǒng)并進行調試?！鼋處熤v授、示范，學生模仿訓練項目4伺服控制系統(tǒng)的應用任務4.1伺服控制系統(tǒng)的認識1.培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。2.能讀懂伺服驅動器的使用手冊。3.能借助伺服驅動器手冊的報警代碼和故障代碼解決實際問題。4.能進行任務的方案設計與評估決策，能對設計內容進行較為全面的比較、概括和闡釋。5.培養(yǎng)學生發(fā)現問題和解決問題的能力，并具有終身學習與專業(yè)發(fā)展能力。1.了解伺服電機的結構及工作原理；2.理解伺服驅動器的內部結構及控制原理；3.掌握V90伺服控制系統(tǒng)的配置；4.理解V90PTI伺服驅動器和V90PN版伺服驅動器的異同。5.掌握V90伺服驅動器的接線方式?！?.掌握V90伺服驅動器輸入輸出引腳的功能。★1.能進行伺服電機和伺服驅動器的選型；2.能說出伺服驅動器關鍵引腳的功能。★教師講授、示范，學生模仿訓練任務4.2V90PTI伺服驅動器的應用1.能用V-ASSISTANT軟件調試V90伺服驅動器；2.掌握V90PTI版伺服驅動器的位置控制和速度控制的接線、參數設置。★3.能用S7-1200PLC進行工藝對象組態(tài)并用通過PLCOpen標準程序塊編寫PTI伺服驅動器的控制程序并進行調試?！?.會進行PLC與V90PTI伺服驅動器的位置控制和速度控制的接線；★2.會構建簡單的伺服控制系統(tǒng)并能安裝和調試?！鼋處熤v授、示范，學生模仿訓練3.2教學方法和教學手段1）加強對學生職業(yè)能力的培養(yǎng)，強化項目教學，注重以工作任務為導向型項目激發(fā)學生學習熱情，使學生在項目活動中了解變頻及伺服應用技術工作領域與工作過程。2）以學生為本，注重“教”與“學”的互動，融“教學做”于一體。通過選用典型案例應用項目，由教師進行操作性示范，并組織學生進行實際操作活動，讓學生在項目任務實施教學活動中明確學習領域的知識點，并掌握本課程的核心專業(yè)技能。3）在教學過程中，要創(chuàng)設工作情景，同時應加大實踐實操的容量，要緊密結合職業(yè)技能，實操項目的訓練，提高學生的崗位適應能力。4）注重課程項目的積累與開發(fā)，以在線開放課程、項目分析、在線答疑等方法提高學生分析和解決生產問題的專業(yè)技能。5）在教學過程中，要強調校企合作、工學結合，要重視本專業(yè)領域新技術、新工藝、新設備發(fā)展趨勢，貼近生產現場。為學生提供職業(yè)生涯發(fā)展的空間，努力培養(yǎng)學生參與社會實踐的創(chuàng)新精神和職業(yè)能力。6）教學過程中教師應積極引導學生提升職業(yè)素養(yǎng)，提高職業(yè)道德。注重推進專業(yè)課程思政改革，深化工匠職業(yè)素養(yǎng)教育。3.3教學評價（1）考核要求（課程考核應符合有關管理規(guī)定，具體要求如表3）①課程評價采用過程考核與期末終結性鑒定相結合的鑒定方式、采用線上評價與線下評價，理論評價與實操評價的方式進行。②工作過程與任務評價相結合，定性評價與定量評價相結合，加強實踐性教學環(huán)節(jié)的考核，注重理解與分析能力的提高與培養(yǎng)。③加大對學生學習過程的評價與控制，教學中按工作任務評分，設計各環(huán)節(jié)的考核標準和相應的考核表格，形成對工程素質、實踐技能、職業(yè)能力等綜合評價體系。④課程結束后進行綜合評價，通過項目分析與講解、成果分享與展示等手段，充分發(fā)揮學生的主動性和創(chuàng)造力，考核學生所擁有的綜合職業(yè)能力及水平。本課程按照百分制進行考核，考核主要包括過程考核和期末考核兩大方面，過程考核占50%，期末考核占50%。①過程考核包括學習態(tài)度、學習水平和實踐動手能力三個方面。學習態(tài)度——學生學習紀律與態(tài)度、學習活動中參與的積極性、學習交流與團隊協(xié)作能力占10%。采用課堂學習活動評比、學習效果自評、互評、問卷調查等形式，主要由學生與學生團隊給予評價。學習水平——教學各單元模塊知識結構與技能的訓練占20%。以各學習單元的理論與實踐項目活動鑒定為依據進行考核，主要由教師與學生團隊給予評價。實踐動手能力——項目綜合訓練、創(chuàng)新能力占20%。以綜合項目設計內容（1個）為依據進行綜合項目考核，對查閱與應用設計手冊、掌握設計軟件能力以及創(chuàng)新設計能力進行評定，主要由教師與學生團隊給予評價。②期末考核以試卷、課程總結報告或課程綜合能力考核等形式進行評定，試卷占30%,課程總結報告或課程綜合能力考核占20%。其中，課程綜合能力考核以綜合項目設計內容（1個）為依據，以課題答辯方式進行，主要由教師給予評價。學生成績的認定，包括2個方面，一是平時過程性考核50%，滿分50分；二是按照課程考核標準進行的期未考核，滿分50分。兩項分之和，即為學生最終成績。表3《變頻及伺服應用技術》課程考核要求考核類別補考考核要求平時表現20%（考勤、作業(yè)、實驗（踐）等）+任務考核30%。選擇理論閉卷考試方式，其中，變頻器基本知識考核7分，變頻器功能設置、PLC與變頻器的綜合應用15分、步進和伺服控制系統(tǒng)25分、課程思政，工匠精神、職業(yè)素養(yǎng)考核3分建議課程任課教師平時成績均采用線上課程平臺考核，課程考核內容可參照考核標準要求實施考核，注意做好學習過程、到課情況、平時作業(yè)、實驗（踐）情況、考核情況的相關記錄，作為學生最終評定成績的明確依據，并與成績冊一同形成成績檔案保存。1）按照《職業(yè)教育教材管理辦法》，選用的教材要符合職教本科教學的要求，盡量選用近三年出版的教育部規(guī)劃教材。2）搭建產學合作平臺，充分利用合作企業(yè)資源，組織由主講教師與企業(yè)專家技術骨干組成的教學團隊編寫工學結合的教材。1）智慧職教《變頻及伺服應用技術》在線課程平臺（智慧職教MOOC學院-變頻及伺服應用技術()）。2）充分認識信息技術與學科的整合，積極使用國家職業(yè)教育智慧教育平臺在線課程資源、國家專業(yè)教學資源